各位或许已经领略了前文的叙述，比特币这一数字货币运用庞大的算力以维护网络的安全，然而为何要采取这种方式？是否还有其他可行的方案呢？

何为工作量证明（PoW）?

工作量证明的算法——通过大量计算力进行挖掘，由Cynthia Dwork和Moni Naor于1993年提出，旨在对抗拒绝服务攻击（DDoS）、反垃圾邮件等服务滥用的经济手段。1997年，该机制正式被命名为“Proof of Work”（工作证明）。

直至2009年，中本聪创建了比特币，这项技术才开始被广泛运用。中本聪认识到，这种机制能够应用于多个节点网络环境中，形成共识，并以此保护比特币的安全。

但PoW算法要求所有节点进行大量运算以解决密码学问题，这些问题的运算者被称为矿工。第一个找到正确解的矿工将获得奖励，这促使人们建立规模庞大的矿场。

据Digiconomist报道，比特币矿场的能耗高达54TWh，足以供应500万美国居民的生活用电，相当于新西兰或匈牙利全国的耗电量。而且，PoW的存在使得算力设备性能越好的人，获得的奖励就越多。

算力越高，获得记账下一个区块的概率与奖励就越大。

为了提高挖矿成功率，矿工将算力集中，形成矿池（Mining pool），矿池根据矿工的算力比例分配奖励。简而言之，PoW导致矿工在挖矿上消耗大量电力，并鼓励大家加入矿池，反而使得区块链的算力越来越集中，违背了区块链去中心化的原则。

何为权益证明（PoS）?

为了解决这一问题，2011年，一个比特币论坛用户QuantumMechanic提出了“Proof of Stake”（产权证明）这一新技术。他认为，让人们为了挖矿相互竞争是一种极大的浪费，PoS机制采用一种选举机制，随机选择网络中的节点，负责验证下一个区块。

在PoS算法中，不存在矿工，而是验证者，且不进行“挖矿”，而是“创造”区块。成为验证者的条件是，节点必须抵押一定数量的Token作为“Stake”（产权）。你可以将抵押金视为押金，抵押金的数量多少影响你下一次被选为验证者的机率。

假设小明抵押了100美元，小华抵押了1000美元，那么小华被选为下一个区块创建者的概率是小明的10倍。虽然这看起来像是偏袒富人，即持币量较大的人，但实际上这种算法更加公平！

PoW与PoS的差异何在?

如果采用PoW算法，富人可以拥有成本优势，因为大矿主在矿机和电价上都能尽可能降低成本，这意味着他们购买越多，单价就越便宜！

但回到PoS算法，如果一个节点被选为验证者，它必须验证下个区块中的所有交易是否有效。如果所有检查都能通过，该节点就会为新区块签署签名并将其加入链中，然后获得新区块中所有转账的手续费作为回报。

如何信任被选中的验证者?

还记得我们之前提到的POS机制必须抵押一定数量的Token作为产权吗？这时“Stake”（产权）就派上用场了。

如果验证者让非法的交易被写入区块中，那么他就会损失一部分押金。只要押金比获得的交易手续费高，我们就能安全地信任他们，如果恶意篡改账本就会遭受损失，只要押金比手续费金额还要大，验证者损失的金额就会更多，当然不符合现实中的经济效应。

当一个节点不再是验证者时，之前付出的押金和记账获得的所有手续费，就会全部返还。

因此，PoW和PoS是两种非常不同的机制。PoS并不允许所有人参与记账过程，消耗更少的能量，同时更加去中心化。

在PoW机制中，存在着“矿池”的概念，矿池参与者通过矿池合作挖矿以获得收益，但这些矿池控制着比特币大部分算力，也让区块链挖矿过程更加中心化、更加危险。如果全球最大的几个矿池合并，他们就会拥有大部分（超过50%）的算力，这时他们就可以伪造交易。

PoS另一个优势在于设立节点的成本。与PoW节点相比，PoS节点成本低得多，因为不需要昂贵的矿机，也可鼓励更多人参与设立节点，从而让区块链网络更加去中心化。

如果我拥有超过51%的代币，我就能伪造交易来操纵区块链网络了吗？

是的。

51%攻击

在PoW算法中，如果一组矿工拥有超过51%的算力，这组矿工就能控制这条区块链。但考虑到加密货币目前的市值，PoS使得这种51%攻击在现实面上变得非常困难。要攻击比特币，按照现在的比特币币价，至少需要750亿美元的成本，而且还不一定成功。

针对PoS机制发生攻击的可能性远比PoW更小，但并非完全没有风险，因为PoS机制有抵押金多寡的因素，让挑选过程非完全随机，而富人能获得更多记账机会，进一步增加了他们被选为验证者的可能性，因此必须更加仔细地挑选下一个验证者。

因此，有数个针对该问题的议题进行研究，例如基于代币年龄的选择法。当网络选择了一个节点作为验证者时，拒绝作为验证者，我们可以在选取验证者的同时，备用选取其他的验证者。

结论

PoS机制相比于PoW机制而言，存在更多风险，需要做更多研究。目前，一些项目已经开始使用PoS机制，如Cardano尝试建立一个安全性可证明的PoS算法，称为Ouroboros。

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